專利名稱：：可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關(guān)及其過電流限制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電力電子器件過電流保護領(lǐng)域，尤其涉及一種可控金屬氧化物避雷器、可控金屬氧化物避雷器的晶閘管閥開關(guān)及其過電流的限制方法。
背景技術(shù)：
：可控避雷器晶閘管閥開關(guān)主要由反并聯(lián)的晶閘管器件串聯(lián)組成。如圖1所示，該晶閘管閥開關(guān)包括n個反并聯(lián)的晶閘管SCR1、SCR2.....SCRn。其工作狀態(tài)可以描述為當可控避雷器承受的端電壓低于設(shè)定的觸發(fā)閾值(晶閘管閥開關(guān)導(dǎo)通時刻對應(yīng)的可控避雷器端電壓峰值)時，晶閘管閥開關(guān)始終處于阻斷狀態(tài)，開關(guān)回路中只流過很小的泄露電流；當端電壓超過觸發(fā)閾值后，晶閘管閥開關(guān)立刻觸發(fā)導(dǎo)通，開關(guān)回路流過短時沖擊電流，直到端電壓過零反向，晶閘管閥開關(guān)又恢復(fù)阻斷能力。由于晶閘管屬于一種電力電子器件，受制造工藝水平的限制，其耐受過電流的能力有限值要求。以一個特高壓示范工程為例進行仿真研究表明，操作過電壓作用下流經(jīng)晶閘管閥開關(guān)的沖擊電流(ITSM)和電流變化率(di/dt)較低，現(xiàn)有高壓大功率晶閘管性能參數(shù)可以滿足應(yīng)用要求，但是在雷電過電壓作用下，ITSM和di/dt數(shù)值很大，其中Itsm需要晶閘管管芯直徑取5.0"以上才能滿足要求，di/dt則遠遠超出現(xiàn)有晶閘管器件的耐受能力。晶閘管閥開關(guān)技術(shù)參數(shù)要求與現(xiàn)有晶間管器件電流參數(shù)耐受能力研究結(jié)果參見下表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l晶閘管器件因過電流導(dǎo)致的損壞主要原因在于當電流幅值過大或者電流上升速度過快時，器件內(nèi)部硅片產(chǎn)生的熱量來不及散失，溫度急劇升高從而引發(fā)硅片局部熱擊穿燒毀，為破壞性的物理損壞。選擇大管芯直徑的晶閘管器件雖然可以提高Itsm耐受能力，但成本增加難以接受，因此，對晶閘管閥開關(guān)回路的沖擊電流幅值和變化率采取適當?shù)拇胧┘右韵拗剖潜仨毜摹？煽亟饘傺趸锉芾灼骶чl管閥開關(guān)與高壓直流輸電(HVDC)、可控串聯(lián)補償(TCSC)、靜止無功補償(SVC)等常規(guī)領(lǐng)域中晶閘管閥開關(guān)相比，應(yīng)用條件有本質(zhì)的差別，這使得可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)的過電流限制不能機械地照搬已有的方法，必須結(jié)合自身的特點研究確定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種可控避雷器晶閘管閥開關(guān)，能夠減小可控避雷器晶閘管閥開關(guān)回路中瞬態(tài)沖擊電流變化率。本發(fā)明提供一種可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有限流電感。根據(jù)本發(fā)明的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)的一個實施例，在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有單個所述限流電感。根據(jù)本發(fā)明的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)的一個實施例，在晶閘管閥開關(guān)回路中在每兩個晶閘管之間串聯(lián)有電感值相等的限流電感。其中，上述限流電感采用鐵芯結(jié)構(gòu)或者空心結(jié)構(gòu)。進一步，限流電感的電感值取值為l-10mH。本發(fā)明提供的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，通過在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感，減小了可控避雷器晶閘管閥開關(guān)回路中沖擊電流變化率。本發(fā)明還提供一種包括上述可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)的可控金屬氧化物避雷器。本發(fā)明還提供一種超、特高壓輸電系統(tǒng)用可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)過電流的限制方法，包括在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例，上述在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感的步驟包括在晶閘管閥開關(guān)回路的每兩個晶閘管之間串聯(lián)電感值相等的電感。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例，上述在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感的步驟包括在晶閘管閥開關(guān)回路的端部串聯(lián)單個限流電感。圖1示出現(xiàn)未采用限流措施的可控避雷器晶閘管閥開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖2示出本發(fā)明的可控避雷器晶閘管閥開關(guān)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖示意圖3示出本發(fā)明的可控避雷器晶閘管閥開關(guān)的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖示意圖。具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實施例。常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域晶閘管閥開關(guān)工作在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況下，流過晶閘管閥開關(guān)回路的電流量為一持續(xù)通態(tài)電流。目前已有的晶閘管限流技術(shù)均是針對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況提出來，抑制的也是持續(xù)通態(tài)電流量。可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)的工作條件與常規(guī)領(lǐng)域恰恰相反，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，閥開關(guān)始終處于阻斷狀態(tài)，只有在暫態(tài)工況下、滿足晶閘管閥開關(guān)動作條件時閥開關(guān)才瞬時導(dǎo)通，流過閥開關(guān)回路的電流為短時浪涌電流，該浪涌電流是閥開關(guān)的正常工作電流，在常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域則是不希望出現(xiàn)的。以常規(guī)領(lǐng)域高壓大功率晶閘管限流通常采用的并聯(lián)晶閘管分流技術(shù)為例，該浪涌電流變化速度快、持續(xù)時間短，尤其在雷電過電壓下，浪涌電流波頭時間在ps級，這要求各并聯(lián)晶閘管器件具有極高的動作特性一致性，以目前的制造工藝來說不可能實現(xiàn)，因此并聯(lián)晶閘管分流技術(shù)并不適用于可控避雷器晶閘管閥開關(guān)。針對可控避雷器晶閘管閥開關(guān)回路中沖擊電流過大的問題，本發(fā)明提出了通過在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)電感作為限流措施的方案。圖2示出本發(fā)明的可控避雷器晶閘管閥開關(guān)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖示意圖。如圖2所示，在該實施例中，限流電感的分布結(jié)構(gòu)采用集中式結(jié)構(gòu)，即將限流電感設(shè)計為單一電感21，與晶閘管閥開關(guān)回路中的晶閘管SCR1、SCR2、和SCRn串聯(lián)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，電感21除了位于晶閘管閥開關(guān)回路的兩端之外，也可以串聯(lián)在晶閘管閥開關(guān)回路中的任意兩個晶閘管之間。圖3示出本發(fā)明的可控避雷器晶閘管閥開關(guān)的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖示意圖。如圖3所示，在該實施例中，限流電感的分布結(jié)構(gòu)采用分布式結(jié)構(gòu)，按照串聯(lián)晶閘管個數(shù)將限流電感設(shè)計成電感值相等的ii個小電感Ll、L2、...、Ln，分別串聯(lián)到晶閘管閥開關(guān)回路中的兩個晶閘管之間。本發(fā)明的限流電感可以采用帶4失芯結(jié)構(gòu)或空心結(jié)構(gòu)。可控金屬氧化物避雷器為本發(fā)明的申請人中國電力科學研究院的專利技術(shù)。已有的串聯(lián)電感限流方法是針對穩(wěn)態(tài)電流量提出的，針對可控避雷器晶閘管閥開關(guān)這種暫態(tài)沖擊電流量尚屬首次提出?？煽乇芾灼鲗чl管閥開關(guān)限流措施的應(yīng)用限制只要體現(xiàn)在殘壓水平影響和過電流抑制效果2個方面。下面通過例子具體從串聯(lián)電感對可控避雷器殘壓的影響程度和對晶閘管閥開關(guān)回路過電流的抑制效果2個方面，來說明本發(fā)明的方法和裝置的可行性。首先說明串聯(lián)電感對可控避雷器殘壓的影響程度。限流電感的引入，在迫使沖擊電流更多地從晶閘管閥開關(guān)回路轉(zhuǎn)移到與之并聯(lián)的可控避雷器本體回路上的同時，其自身也必然要通過一定的沖擊電流，在電感兩端形成電壓降，抬高可控避雷器的殘壓值，使得可控避雷器對系統(tǒng)的限壓效果降低。對串聯(lián)限流電感前后可控避雷器限壓效果進行了仿真研究，串聯(lián)限流電感后可控避雷器限制操作過電壓的效果的部分結(jié)果列于下表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2由上表可以看出，當限流電感取值《5mH時，晶閘管閥開關(guān)串聯(lián)限流電感，可控避雷器對操作過電壓的限制效果相比目前采用的828kV避雷器與斷路器加裝合閘電阻聯(lián)合方式限壓效果依然有優(yōu)勢。對于雷電過電壓，串聯(lián)限流電感后系統(tǒng)過電壓水平有一定程度的增大，結(jié)果不再列舉。但是，可控避雷器概念的提出主要是為了深度限制操作過電壓水平，對于變電站內(nèi)電氣設(shè)備的雷電過電壓保護，可以通過優(yōu)化設(shè)計可控避雷器與被保護設(shè)備之間的電氣距離和/或采用828kV避雷器方式加以解決，因此，只要合理選擇串聯(lián)電感參數(shù)，晶閘管閥開關(guān)回路串入限流電感對可控避雷器限壓效果的影響是有限的。下面說明串聯(lián)電感對晶閘管閥開關(guān)回路過電流的抑制效果。由于操作過電壓下開關(guān)回路電流幅值和變化率很小，見表3，并不需要采取限流措施，而雷電過電壓下開關(guān)回路中產(chǎn)生的沖擊電流幅值大、變化率快，研究雷電侵入波過電壓作用下的限流效果既可以說明問題，雷電侵入波過電壓下限流電感對過電流的抑制效果仿真研究結(jié)果見表4。操作過電壓類型沖擊電流幅值Itsm/1cA最大電流上升率di/dtM/A/jis接地故障過電壓1.010.4合空線過電壓2.314.4單相重合閘過電壓2.511.4故障清除轉(zhuǎn)移過電壓2.813.0甩負荷過電壓1.99.7表3限流電感L/mH沖擊電流幅值iTSM/kA最大電流上升率di/dtM/A/jis052.987000116.438929.819537.013145.410054.480表4可見，限流電感可以顯著降低晶閘管閥開關(guān)回路沖擊電流的幅值，并拉長沖擊電流的波頭時間，使電流變化率明顯降低，當限流電感取值5mH時，過電流幅值和變化率已可控制在現(xiàn)有晶閘管器件耐受能力范圍內(nèi)，并留有足夠的^"度，限流效果理想。在對限流電感的限流效果模擬試驗研究中，以單個晶閘管串聯(lián)限流電感為例，可以得到與上述仿真結(jié)果相吻合的限流趨勢，試驗研究限流電感的限流效果趨勢的試驗數(shù)據(jù)參見下表5。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5通過上面的分析表明，本文提出的在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感作為限制過電流措施是可行并且有效的，適宜可控金屬氧化物避雷器采用。具體應(yīng)用時，考慮到限流電感取值過大不利于可控避雷器限壓，過小又無法滿足限流要求，兩方面綜合考慮，推薦在l10mH范圍內(nèi)取值。本發(fā)明的可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關(guān)及其過電流的限制方法適用于超、特高壓輸電系統(tǒng)。本發(fā)明通過在可控避雷器晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感，顯著減小了晶閘管閥開關(guān)回路中沖擊電流幅值和電流變化率，使得現(xiàn)有高壓大功率晶閘管器件可以滿足晶閘管閥開關(guān)應(yīng)用要求，并使晶閘管器件型號的可選擇范圍大大增加，實現(xiàn)兼顧技術(shù)性能和經(jīng)濟成本的要求。該措施能在一定程度上抑制了晶閘管閥開關(guān)回路中的電壓變化率，有利于減少開關(guān)需要串聯(lián)的晶閘管數(shù)量。此外，該措施結(jié)構(gòu)簡單，實施方便，成本低廉，對可控避雷器限制操作過電壓的效果影響有限，是適宜晶閘管閥開關(guān)采用的較為理想的限流方式。本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。權(quán)利要求1.一種可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有限流電感。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，所述晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有單個所述限流電感。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，所述晶閘管閥開關(guān)回路中在每兩個晶閘管之間串聯(lián)有電感值相等的所述限流電感。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，所述限流電感采用鐵芯結(jié)構(gòu)或者空心結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，所述限流電感取值為110mH。6.—種可控金屬氧化物避雷器，包括晶閘管閥開關(guān)，其特征在于，在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有限流電感。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有一個所述限流電感。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述晶閘管閥開關(guān)回路中在每兩個晶閘管之間串聯(lián)有電感值相等的所述限流電感。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述限流電感采用^l失芯結(jié)構(gòu)或者空心結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述限流電感取值為110mH。11.一種可控金氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)過電流的限制方法，其特征在于，包括在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)過電流的限制方法，其特征在于，所述在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感的步驟包括在所述晶閘管閥開關(guān)回路的每兩個晶閘管之間串聯(lián)電感值相等的電感。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)過電流的限制方法，其特征在于，所述在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感的步驟包括在所述晶閘管閥開關(guān)回路的端部串聯(lián)單個限流電感。全文摘要本發(fā)明提供了一種可控金屬氧化物避雷器、可控金屬氧化物避雷器的晶閘管閥開關(guān)及其過電流的限制方法。該晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)有限流電感。本發(fā)明的可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關(guān)及其過電流的限制方法，通過在晶閘管閥開關(guān)回路中串聯(lián)限流電感，顯著減小了可控避雷器晶閘管閥開關(guān)回路中沖擊電流幅值和電流變化率，使得現(xiàn)有高壓大功率晶閘管器件可以滿足可控金屬氧化物避雷器對晶閘管閥開關(guān)的應(yīng)用要求。此外，該措施結(jié)構(gòu)簡單，實施方便，成本低廉，對可控避雷器限制操作過電壓的效果無不良影響，是適宜可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關(guān)采用的理想的限流方式。文檔編號H02H9/02GK101527559SQ20091008227公開日2009年9月9日申請日期2009年4月20日優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日發(fā)明者沈海濱,陳秀娟,陳維江申請人:中國電力科學研究院